(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物質への機械的刺激の印加とテラヘルツ波の照射により該物質の物性ないし状態を調整する物質調整装置であって、
テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生手段と、
前記テラヘルツ波発生手段から出力されるテラヘルツ波を導波させ、物質に照射するための導波手段と、
物質に機械的なエネルギーを印加するための機械的刺激印加手段と、を有し、
前記機械的刺激印加手段は、前記導波手段に機械的な振動エネルギーを印加して前記物質に機械的なエネルギーを印加することを特徴とする物質調整装置。
【請求項２】
前記物質からのテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出手段と、
前記物質に関するデータを保有するデータベース部と、
前記テラヘルツ波検出手段から得られる前記物質のデータと、前記データベース部のデータとを比較して前記物質の物性ないし状態を判断する比較手段と、を有することを特徴とする請求項1記載の物質調整装置。
【請求項３】
前記比較手段からの出力信号に基づき、前記テラヘルツ波発生手段と前記機械的刺激印加手段の少なくとも一方を制御して前記物質へのエネルギー印加状態を調整する制御手段を有することを特徴とする請求項2記載の物質調整装置。
【請求項４】
前記導波手段は、前記テラヘルツ波の伝搬状態を制限し、前記物質における局所的な領域又は前記物質を含む限定された領域に対し、テラヘルツ波を照射する機能を有することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の物質調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物質の物性ないし状態を物理的な刺激（テラヘルツ波や機械的刺激）で調整する物質調整装置及び方法に関する。より具体的には、これらの物理的な刺激を併用して、薬剤の結晶状態や細胞の分化状態などを調整する装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
テラヘルツ波とは、0.03THzから30THzの範囲のうちの任意の周波数帯域を占有する電磁波である。テラヘルツ波の周波数帯域には、生体分子を始めとして、様々な物質の構造や状態に由来する特徴的な吸収が存在する。この様な特徴を活かして、非破壊に物質の分析や同定を行う検査技術が開発されている。また、Ｘ線に替わる安全なイメージング技術や、高速な通信技術への応用が期待されている。
【０００３】
また、物質の物性ないし状態を調整する際に、化学物質の添加や加熱処理を用いる替わりに、物理的な刺激を用いる場合がある。例えば、錠剤の製造過程では、錠剤に力学的な衝撃を加える打錠と呼ばれる処理が施されることがある。この処理により、錠剤の結晶状態や結晶の集合状態が調整される。
【０００４】
また、物質の存在形式の一つである細胞の性質ないし状態を調整するために、物理的刺激を用いる場合がある（特許文献1〜特許文献3参照）。特許文献1と2では、細胞にテラヘルツ波と超音波刺激を印加し、細胞核内のDNAの切断や組み換えを行う方法が開示されている。特許文献1と2の記載中では、この方法が癌治療に応用可能であると記載されている。一方、特許文献3では、未分化細胞への圧力又は遠心力の印加による分化誘導法が開示されている。未分化細胞へ圧力又は遠心力を印加する際、未分化細胞は中空糸の内腔に入れられている。
【特許文献１】特開2005−334129号公報
【特許文献２】特開2005−224580号公報
【特許文献３】特開2004−166604号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した何れの技術も、物質の物性や状態を所望のものに調整する技術について開示している。ただし、何れの技術も、物質の物性や状態を逐次判断する構成がないため、画一的な調整となることが多い。例えば、調整に要する時間を予め取り決め、この時間中、物質に物理的な刺激を印加する形態が考えられる。しかし、同じ物質であっても、物質の個体差によって、この時間が過剰であったり、不足したりする場合がある。そのため、所望の物性や状態を取得する効率に影響を及ぼす可能性がある。
【０００６】
また、これらの物理的刺激を物質に過剰に印加する場合、所望の物性や状態になっている物質の物性や状態が再び別の物性や状態に変化する可能性がある。その結果、所望の物性や状態を有する物質の取得効率に影響を及ぼす可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題に鑑み、物質への機械的刺激の印加とテラヘルツ波の照射により該物質の物性ないし状態を調整する本発明の物質調整装置は、テラヘルツ波発生手段と、導波手段と、機械的刺激印加手段とを有する。前記テラヘルツ波発生手段は、テラヘルツ波を発生する。前記導波手段は、前記テラヘルツ波発生手段から出力されるテラヘルツ波を導波させ、物質に照射する。前記機械的刺激印加手段は、物質に機械的なエネルギーを印加する。この機械的刺激印加手段は、前記導波手段に機械的な振動エネルギーを印加して物質に機械的なエネルギーを印加する。エネルギーは、物質の受ける作用の面から言えば刺激である。更に、物質からのテラヘルツ波を検出する検出手段と、物質のデータを保有するデータベース部と、検出手段から得られる物質のデータとデータベース部のデータとを比較して物質の物性ないし状態を判断する比較手段とを有してもよい。また更に、比較手段からの出力信号に基づき、テラヘルツ波発生手段と機械的刺激印加手段の少なくとも一方を制御して物質へのエネルギー印加状態を調整する制御手段を有してもよい。
【０００８】
また、上記課題に鑑み、物質への機械的刺激の印加とテラヘルツ波の照射により物質の物性ないし状態を調整する物質調整方法は、次の工程を有する。すなわち、テラヘルツ波を物質に照射する工程と、少なくとも物質におけるテラヘルツ波のエネルギーが及ぶ範囲に機械的エネルギーを印加する工程とを有する。更に、物質からのテラヘルツ波を検出する工程と、テラヘルツ波の検出から得られる物質のデータと物質に関するデータを保有するデータベース部のデータとを比較して物質の物性ないし状態を判断する工程とを有してもよい。また更に、物質の物性ないし状態の判断に基づき、テラヘルツ波の照射と機械的エネルギーの印加の少なくとも一方を制御して物質へのエネルギー印加状態を調整する工程を有してもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、物質への機械的刺激の印加とテラヘルツ波の照射により該物質の物性ないし状態を、テラヘルツ波の応答によって判断しながら調整できるので、物質の物性ないし状態の調整の促進など、調整を柔軟に行うことができる。
【００１０】
また、物質からのテラヘルツ波を検出できる構成とする場合には、テラヘルツ波の照射状態と機械的なエネルギー印加状態の少なくとも一方を制御して、次の様にすることができる。すなわち、物質への物理的な刺激を印加し続けて所望の物性ないし状態を壊すことがなく、所望の物性ないし状態を有する物質を効率的に取得する様にできる。また、細胞の効率的な分化の促進も可能とすることができる。例えば、幹細胞の分化を高い効率で起こすことを可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の思想を実施し得る形態例について、図面を参照して説明する。尚、これらの形態例に限定されるものではなく、本発明の思想を逸脱しない範囲であれば、これを除くものではない。
【００１２】
物質の物性ないし状態を調整する装置及び方法に関する本発明では、まず第1に、テラヘルツ波を物質に照射し、機械的なエネルギーを物質に印加して、物質の物性ないし状態を調整する。こうした構成に加えて、更に、物質の局所的な領域又はその物質を含む特定した領域にテラヘルツ波を照射し、テラヘルツ波の伝搬状態を検出して該検出から得られる物質のデータをモニタする構成にもできる。この場合、テラヘルツ波のエネルギーが及ぶ範囲に機械的なエネルギーを印加し、前記検出に基づいて物質の物性ないし状態を所望のものに調整する。使用するテラヘルツ波は、典型的には、物質の吸収波長を少なくとも含む周波数特性を有する。これにより、物質にテラヘルツ波を吸収させることで物質を励起状態にし、機械的なエネルギーを印加することで、物質の物性ないし状態の調整の効率向上を狙うものである。この様に、物質のデータを逐次モニタすることにより、所望の物性ないし状態が得られたかどうかを判断し、過剰なエネルギーの印加を抑制したり又は不足な印加エネルギーを増大したりして、所望の物性や状態の物質の取得効率向上が可能となる。
【実施例】
【００１３】
（実施例1）
図1に、本発明に関する物質調整装置の一構成例である実施例1を模式的に示す。具体的には、本発明に関する装置を細胞の分化の調整装置に適応させた例を示す。図1において、10は細胞であり、本発明に関する物理的な刺激印加により状態を変化させる対象である。20は、細胞10の細胞核である。30は、細胞10を保持するステージである。細胞の種類には特に制限はない。例えば幹細胞を挙げることができる。また、テラヘルツ波や機械的刺激を印加する前に、細胞周期を調整しておいても構わない。更に必要ならば、細胞10は、細胞接着物質（例えばフィブロネクチン）を利用してステージ30に固定化しても構わない。
【００１４】
40はテラヘルツ波発生手段である。本発明では、0.03THzから30THzのうち任意の周波数帯域を占有する電磁波を出力する。本実施例のテラヘルツ波発生手段40は、少なくとも吸収波長を含む電磁波を細胞10に照射する。そして、この吸収されるテラヘルツ波のエネルギーによって、細胞10を励起状態にする。この様な帯域のテラヘルツ波の中で、本実施例では、細胞内或いは細胞表面近傍の構造水が吸収可能な周波数域のテラヘルツ波を用いることが好ましい。この様な周波数域としては、0.5THzから5THzを挙げることができる。細胞内の構造水としては、細胞膜の裏打ち面側に存在する水、細胞核内のDNA（又はクロマチン）近傍に存在する水、ミトコンドリアや細胞骨格近傍に存在する水を挙げることができる。
【００１５】
本実施例では、テラヘルツ波発生手段40として、半導体薄膜上にアンテナパターンを形成した光伝導素子を用いる。具体的には、半導体薄膜として、半絶縁性のガリウムヒ素（SI-GaAs）基板に対し、分子ビーム低温エピタキシャル成長(250°C)によって形成した低温成長GaAs（LT-GaAs）を用いる。そして、中心に5μmのギャップを有するダイポールアンテナ（アンテナ長30μm、導体幅10μm）を、LT-GaAs上に形成する。テラヘルツ波を発生する場合は、このギャップ間に10Vのバイアスを印加した状態で、レーザ光を照射する。レーザ光の光源としては、パルス幅50fsec、繰り返し周波数76MHzのチタンサファイアレーザを用いる。レーザ光の光源は、この様な固体レーザを用いず、ファイバ型のレーザ光源を用いることも可能である。
【００１６】
また、アンテナ形状は上記形状に限定されない。例えば、広帯域アンテナとして一般的なボウタイアンテナやスパイラルアンテナを用いてもよい。半導体薄膜も上記のものに限るものではなく、例えば、インジウムガリウムヒ素（InGaAs）等の半導体材料を用いてもよい。また、半導体材料そのものを用いてもよいし、有機結晶を用いてもよい。
【００１７】
テラヘルツ波の発生方法も上記方式に限るものではない。例えば、レーザ波長が異なる二種類のレーザの差周波を用いてゲートする方法や、量子カスケードレーザや共鳴トンネルダイオードの様な負性抵抗素子を用いる方式でもよい。更に、非線形光学結晶を利用した発振器や、BWO(Backward-Wave Oscillator:後進波発振管)の様な電子管を用いた発振器でもよい。
【００１８】
50は、テラヘルツ波発生手段40で発生するテラヘルツ波を細胞10の局所領域に照射するための導波手段である。導波手段50を介してテラヘルツ波は細胞10の局所領域に照射される様になっている。図1は、細胞の局所領域として、前記細胞核20を含む領域が選択されている場合を模式的に示している。
【００１９】
図1の導波手段50は、物質の所望の領域に対して、テラヘルツ波を照射する機能を有している。導波手段50としては、局所領域にテラヘルツ波を局在させ、テラヘルツ波を導波させる方法と、空間を伝搬するテラヘルツ波の伝搬状態を制御する方法がある。前者として、金属ワイヤ、開口部が設けられている金属板、導波管、ファイバ型の導波路などが適用できる。また、後者として、アンテナ、レンズなど電磁波を制御し得る既知の技術を用いることが可能である。本実施例では、細胞10内の局所領域にテラヘルツ波を照射するため、金属ワイヤ型の近接場プローブを用いている。
【００２０】
図1に示す様にテラヘルツ波を細胞核20に対して局所的に照射すると、クロマチンやDNA周囲の構造水の熱揺らぎが激しくなる。この結果、クロマチンの凝集状態が崩れやすくなり、この凝集状態に対応する部分に含まれている遺伝情報が発現しやすくなることが期待される。これにより、細胞分化の可能性が、テラヘルツ波を照射しない場合と比べて、大きくなることが期待される。また、細胞全体にテラヘルツ波を照射していないので、細胞質内から細胞核内に向かう分化誘導シグナルの輸送が阻害されにくい。同様に、細胞核内から細胞質に向かう分化誘導シグナルの輸送が阻害されにくい。これにより、細胞分化の可能性が、テラヘルツ波を局所照射しない場合と比べて、大きくなることが期待される。
【００２１】
60は、細胞10に関し、少なくとも前記テラヘルツ波のエネルギーが及ぶ範囲に機械的エネルギーを与え、細胞10にストレスを与える機械的刺激印加手段である。機械的エネルギーは、細胞10に対し、変形が伴う機構によって与えられる。この機構は、例えば、細胞10に対し、直接的な変形を加える機構や、細胞10を保持する部材を動かすことによって、間接的に変形を加える態様が適用可能である。例えば、図1は、前者の方法を模式的に示した図であるが、ステージ30の上下方向に前記導波手段50を振動させることで、少なくとも細胞10に機械的エネルギーを印加する場合を模式的に示している。本実施例では、テラヘルツ波が伝搬する導波手段50によって、細胞10に機械的なエネルギーを印加している。すなわち、機械的刺激印加手段60は、導波手段50に機械的な振動エネルギーを印加して物質に機械的なエネルギーを印加する。ただし、この形態に限るものではない。機械的刺激印加手段60は、ステージ30を振動させても構わない。例えば、図4の様に、導波手段50を固定し、ステージ30に設けた機械的刺激印加手段60によってステージ30を振動させる態様も可能である。要は、細胞10に対し、テラヘルツ波のエネルギーが及ぶ範囲に機械的なストレスを与える構成であればよい。つまり、機械的なストレスを与える方向もステージ30に対し上下方向に限るものではなく、左右の方向（ステージ30に対し面内方向）でもよい。また、捻り運動を加える形態でも構わない。後者の方法として、ステージ30の振動運動に追随させて、細胞10に機械的なストレスを与える方法がある。
【００２２】
本実施例では、導波手段50によって、細胞10に機械的なエネルギーを与える構成であるため、テラヘルツ波が照射される領域と、機械的なストレスが与えられる領域が同じである。上記した様に、テラヘルツ波のエネルギーが及ぶ範囲に機械的なエネルギーが印加されればよいので、テラヘルツ波を照射する手段と機械的なストレスを与える手段が異なっていてもよい。具体的には、機械的刺激印加手段60は、導波手段50とは別のプローブを保持しており、このプローブによって機械的なストレスを物質に与える形態も考えられる。
【００２３】
前記機械的刺激として、細胞10の周期的振動や、少なくとも振幅が0.1μm以上の細胞10の周期的な変形を挙げることができる。この周期的な振動ないし変形の際、導波手段50が細胞10に常に接触しているものでも、周期的にその接触状態が解除されるものであっても構わない。
【００２４】
前記振動や前記変形の方向や変形の振幅は、細胞10ないし物質を破壊するものでなければ特に制限はない。例えば、ステージ30の法線方向への振動や変形でも、ステージ30の面内方向への振動や変形でも構わない。
【００２５】
細胞への機械的刺激の印加は、細胞骨格の変形やメカニカルストレスセンサーの応答等を介して最終的に細胞核に情報として伝達される。これに応答して細胞核は、新たな遺伝情報の読み出しを開始することが可能である。この遺伝情報が分化に関わる場合があり、血管上皮細胞では細胞分化が誘導されることが確認されている。
【００２６】
また本発明では、前記テラヘルツ波の照射と前記機械的エネルギーの印加を同時に行っても、交互に行っても構わない。ただし、遅くとも、物質に印加されるテラヘルツ波のエネルギーが前記物質で緩和する時間内に、機械的なエネルギーを印加することが好ましい。更には、テラヘルツ波の照射中の強度や機械的刺激の印加中の強度を変動させても構わない。この様な刺激ないしエネルギーの印加を行うことで、少なくとも上述のクロマチン凝集構造の緩みがより生じやすくなると考えられる。
【００２７】
70は、前記細胞10からのテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出手段である。テラヘルツ波検出手段70もテラヘルツ波発生手段40と同じく、既知の検出技術を適用できる。検出手段70として、例えば次の様なものがある。ここでは、上記テラヘルツ波発生手段40と同様の構成を有しており、アンテナの間隙にバイアスを印加し、フェムト秒レーザを用いて間隙を光学的にゲートすることによって、テラヘルツ波を検出する。この時、フェムト秒レーザによってゲートされた瞬間のテラヘルツ波の任意点の強度を検出することになる。そのため、このゲートするタイミングを掃引することによって、時間領域のテラヘルツ波を取得することができる。勿論、上記テラヘルツ波発生手段40と同様に、この検出構成や方式に限るものではない。例えば、テラヘルツ波発生手段40で述べた光伝導素子を用いることができる。また、ボロメータの様な熱検出器や、電気光学効果を利用する方式がある。また、ショットキーダイオードの様な半導体素子を利用する方式もある。
【００２８】
図1では、細胞10から反射するテラヘルツ波をテラヘルツ波検出手段70によって検出している。ただし、テラヘルツ波を検出する光学配置はこれに限るものではなく、透過型でも構わない。また、ステージ30の一部にプリズムを配置するか、ステージ30とプリズムで細胞10を挟むことによって、ATR（attenuated-total-reflection）測定用の光学配置としてもよい。
【００２９】
80は、前記細胞10の物性ないし状態のデータを保有するデータベース部である。データベース部80が保有するデータとしては、分化前の細胞の物性データと、所望の分化状態にある細胞の物性データを挙げることができる。或いは、細胞の破壊や細胞死に向かう過程の物性データを保有していても構わない。ここで保有される各データは、予めの解析や過去の実験データを用いてもよいし、本発明の装置を動作させる直前に測定したものでも構わない。
【００３０】
90は、前記テラヘルツ波検出手段70からの信号により得られたデータと前記データベース部80のデータとを比較して前記細胞の状態を判断する比較手段である。具体的には、物性データとして、テラヘルツ波の応答スペクトル勾配とし、この勾配の傾きとのマッチングを比較する方法がある。また、分化前のスペクトル勾配の変化の有無で判断してもよい。テラヘルツ波の応答スペクトルそのものではなく、このスペクトルと位相情報から屈折率を換算し、所望の物性情報を取得する形でも構わない。テラヘルツ波の応答に特徴的な吸収スペクトルが存在する場合、この吸収スペクトルの有無やパターンによって判断することも可能である。また、これらの吸収スペクトルの時間変化（各スペクトルの時間変位）より、検量線を求め、各傾き具合をモニタする態様でもよい。
【００３１】
100は、前記比較手段90からの出力信号に基づき前記細胞へのエネルギーの印加状態を制御する制御手段である。本実施例では、細胞10が所望の物性ないし状態を有したと判断された場合、テラヘルツ波照射と機械的な刺激の印加を停止する信号を出す。もしくは、テラヘルツ波の照射か機械的な刺激のどちらかの印加を停止する。また、停止しなくても弱めるという形態も可能である。この場合、分化の速度を落とすことによって、より精密に物性を調整することを期待している。この際、テラヘルツ波を弱めても、物質からのテラヘルツ波をモニタすることはできる。逆に、或る一定時間を経ても、物性ないし状態が変化しない場合、これらの刺激のうち、両方又はどちらか一方を強め、変化を促進させてもよい。なお、制御手段を設けず、比較手段90からの出力信号に基づき、例えば、物質の状態を外部に表示したり、外部に警告を発したりする態様にすることも可能である。
【００３２】
以上の様な構成により、前記細胞へテラヘルツ波や機械的刺激を印加しすぎる事態や印加の不足する事態を回避することができる。この結果、所望の分化状態になっている細胞の状態を崩す可能性や、所望の分化状態への未到達ないし到達遅延といった事態を減らすことができる。
【００３３】
110は、前記細胞10と一緒に培養している共培養細胞である。共培養細胞110は、細胞10の分化調整に有効な情報を細胞10に伝達できるもの（例えば分化誘導因子）であれば特に制限はない。例えば、既に所望の分化状態にある細胞を挙げることができる。共培養細胞110は、分化可能な細胞10と作用する位置に置かれる。
【００３４】
なお図1では、細胞の培養液、培養温度調整装置、培養細胞にテラヘルツ波発生手段以外からの外光が照射されることを防ぐ遮光手段等は省略している。
【００３５】
また、図1では、細胞をテラヘルツ波や機械的刺激の印加対象としているものを図示しているが、印加対象物質は固体や液体等でも構わない。例えば、図2や図3に示すような構成の装置でも構わない。図2において、120は、固体又は液体の物質である。
【００３６】
図3において、130は、物質（固体、液体、細胞など）である。140は、物質130の局所領域にテラヘルツ波を導入する導波手段である。150は、導波手段140に設けられている複数の孔である。こうした孔により、テラヘルツ波発生手段40より放射されるテラヘルツ波は、導波手段140により各物質130の局所領域に照射されることとなる。すなわち、ここでは、導波手段140は、テラヘルツ波の伝搬状態を制限し、物質における局所的な領域に対し、テラヘルツ波を照射する機能を有する。導波手段140は、機械的刺激印加手段160により振動させられる。例えば、機械的刺激印加手段160によりステージ30の法線方向に沿った導波手段140の往復運動が起こると、ステージ30と導波手段140に挟まれた物質130に印加される機械的刺激が周期的に変化する。
【００３７】
図2や図3の構成において、テラヘルツ波が物質120や物質130に吸収されやすければ、テラヘルツ波が照射される物質の局所領域の分子等は動きやすくなる。動きやすくなっている状態で物質に機械的刺激が印加されると、その刺激に応じて分子や結晶の集合体は動かされ、新たな集合状態が形成されることとなる。なお、図2と図3において、図1と同符号で示す部分は、図1のものと同機能を有するものである。
【００３８】
以下に、本実施例について、より詳細な具体例を述べる。
図1において、10は細胞であり、本例では間葉系幹細胞を用いている。20は、細胞10の細胞核である。110は、細胞10と共培養している骨芽細胞である。30は、細胞10と骨芽細胞110を保持するステージである。各細胞は35℃の培養液中で培養されている。図1では、培養液や培養液の温調機構機等は省略している。本例では、細胞10を、共培養している骨芽細胞110と同じ状態に分化させることを狙う。
【００３９】
本例では、導波手段50として、金属ワイヤ（先端部直径：約20μm）を用いる。この導波手段50は、少なくとも、共培養している骨芽細胞110にテラヘルツ波を照射しない様に、テラヘルツ波の照射領域を制限する機能を有している。具体的には、共培養している骨芽細胞110を含む領域にテラヘルツ波を照射すると、共培養している骨芽細胞110も励起され、物性ないし状態が変化する可能性がある。その可能性を低減するために、テラヘルツ波の照射領域を制限する。こうした制限をしないと、例えば、共培養している骨芽細胞110自体の物性ないし状態が変化し、細胞10が目指すべき物性ないし状態が変化することもある。
【００４０】
導波手段50の先端部は、細胞核20にテラヘルツ波のエネルギーが及ぶ位置に配置しており、その長軸方向はステージ30の法線方向に向いている。本例では、導波手段50として金属ワイヤを用いることから、近接場が及ぶ範囲に細胞核20を配置することが望ましい。尚、図1では、図示上の都合で便宜的に導波手段50と細胞10は1対1で対応しているが、実際は、細胞10は複数ある。
【００４１】
60は、導波手段50を機械的に振動（振動方向：ステージの法線方向に平行）させるための機械的刺激印加手段である。本例では、モーターの回転を微細な往復運動に変換できる公知の機構を用いる。尚、上述した様に、導波手段50を振動させる方向によって、左右振動や捻り運動を加えた振動を与えることも可能である。また、本例では、機械的刺激印加手段60は、導波手段50を機械的に振動させて物質に振動エネルギーを印加する構成であるが、振動させる対象は導波手段50に限らない。物質に振動エネルギーを印加し得る構成であればよいので、図4の様に、導波手段50を固定し、ステージ30に設けた機械的刺激印加手段60によってステージ30を振動させる態様も可能である。
【００４２】
更に、共培養している骨芽細胞110へ振動エネルギーがより確実に伝搬しない様にする緩衝機構を備えてもよい。例えば、図5の様にステージ30上に、物質直下のステージ部のみに振動を与える緩衝機構501を作り込むことが考えられる。ここでは、緩衝機構501の振動部上に細胞10が載っている。そして、振動がステージ30全体に伝わらない様に振動部の周りとステージ30との間に隙間が形成されるか、振動を吸収するラバーなどの緩衝材が設けられる。こうして、共培養している骨芽細胞110へのエネルギーの印加を抑制することで、共培養している骨芽細胞110の物性ないし状態が変化することを抑制する。尚、図5では、ステージ30側から緩衝機構501を介して物質に振動エネルギーを印加しているが、上述した様に、導波手段50より物質に振動エネルギーを与えてもよい。
【００４３】
データベース部80には、少なくとも、間葉系幹細胞10のテラヘルツ波応答データと、骨芽細胞110のテラヘルツ波応答データから求められる物性データが含まれている。もし比較手段90からの出力信号が、前記細胞10の状態が所望の分化状態にあることを示すものであったならば、機械的刺激の印加及び／又はテラヘルツ波照射の停止信号を出す。
【００４４】
本例では、間葉系幹細胞の核20に向かって前記導波手段50を介してテラヘルツ波（0.5mW/cm2）を照射する。細胞核に対するテラヘルツ波の照射中、機械的刺激印加手段60により導波手段50を振動させ、間葉系幹細胞10をステージ30の法線方向に振幅1μmで周期的（周波数＝1Hz）に変形させる。
【００４５】
テラヘルツ波と機械的刺激を印加し続けると、比較手段90からの出力信号が、テラヘル波を照射している細胞10が骨芽細胞になっていることを示す。この出力信号を受けて制御手段100は、テラヘルツ波と機械的刺激の印加を中断する。この様に、逐次、比較手段90の出力をモニタすることで、細胞10への過剰な刺激を抑制することが可能となり、所望の物性を有する細胞の取得効率が向上することが期待できる。
【００４６】
尚、本実施例では、物質として細胞の分化の調整に関する適用例を示したが、これに限らず、本発明の思想を逸脱しない範囲であれば、他の物質の調整を除くものではない。このことは、物質として細胞を調整する後述の実施例でも同様である。
【００４７】
（実施例2）
本実施例では、実施例1で述べた装置に関する変形例を示す。尚、これまで述べた説明と共通する部分についての記述は省略する。
【００４８】
上述した実施例では、導波手段50は一つであるが、複数あってもよい。複数の導波手段50を用いることで、より広範囲にある物質の物性ないし状態の調整を可能とする。
【００４９】
また、より詳細に物質の物性ないし状態を調整するために、図6の様に、複数の導波手段50を伝搬する夫々のテラヘルツ波に対し、識別のための変調手段601と復調手段602を更に有していてもよい。変調手段601としては、チョッピングによる振幅変調や、擬似ランダムな符号化信号を用いた符号化拡散変調、周波数や位相変調など、既知の技術を転用することができる。同様に、復調手段602も既知の技術を転用し、例えば、ロックイン検出やヘテロダイン検波などの技術を転用することが可能である。図6では、機械的刺激印加手段60は複数の導波手段50を共通に振動させる様に描かれているが、夫々の導波手段50に独立的に別個の機械的エネルギーを与える様にすることもできる。
【００５０】
この様に、各導波手段50を伝搬するテラヘルツ波を識別することにより、各導波手段50近傍の物質の物性ないし状態をそれぞれ調整することが可能となる。
【００５１】
（実施例3）
本実施例では、これまで述べた装置に関する変形例を示す。尚、これまで述べた説明と共通する部分についての記述は省略する。
【００５２】
これまでの実施例では、導波手段50として、金属ワイヤ等の導波路構造を用いてきたが、本実施例では、図7の様に、レンズやアンテナなど、テラヘルツ波を空間に伝搬させる導波手段50を用いる。この様な導波手段50を用いることで、伝搬するテラヘルツ波の照射領域の成形が容易となる。指向性も制御できるので、調整対象の物質上をスキャンし、スキャンした箇所において物性ないし状態の調整を行うという態様にも適用できる。
【００５３】
尚、図7の様に、導波手段50がテラヘルツ波を空間に伝搬させる場合、機械的刺激印加手段60は、ステージ30側に配置したり、ステージ30を共用したりせずに別途設けることが好ましい。例えば、図8の様に、物質（細胞10）を挟んでこれを横方向に揺動又は振動させる機械的刺激印加手段60をステージ30上に設置する。
【００５４】
また、導波手段50が図9の様に開口型のアンテナの場合、この開口部に物質（細胞10）を配置し、開口部のサイズを変化させることで、物質に機械的な振動エネルギーを与えることもできる。本実施例では、便宜的に共培養している骨芽細胞110も導波手段50上に配置しているが、この限りではない。上述した様に、テラヘルツ波のエネルギーが及ぶ範囲外に配置していればよい。また、導波管型のアンテナを導波手段50として用いる場合、管内に物質を配置し、管内の気圧を変動させることで物質に振動エネルギーを与えることもでき。尚、この様な機械的な振動エネルギーを与える手法は、これまで述べた実施例にも適用可能であることは言うまでもない。
【００５５】
（実施例4）
本実施例では、これまで述べた装置に関する変形例を示す。尚、これまで述べた説明と共通する部分についての記述は省略する。
【００５６】
本実施例では、物質と導波手段50の位置が相対的に移動する機構を有している。例えば、ステージ30によって、物質（細胞10）の位置を移動する。この様な構成を有することで、任意の位置での物性ないし状態を調整することができる。また、こうした機構は、調整すべき物質が複数有り、ステージ30によって搬送される形態にも適用可能であり、複数の物質に対し、順次、物性ないし状態を調整することもできる。
【００５７】
（実施例5）
本実施例では、これまで述べた装置に関する変形例を示す。尚、これまで述べた説明と共通する部分についての記述は省略する。
【００５８】
本実施例では、導波手段50として伝送線路を用いる。伝送線路として、本実施例では、図10に示す様なマイクロストリップ線路を選択し、物質（細胞10）は伝送線路の電極50a上に配置している。本実施例では、この物質に対し、伝送線路の法線方向に機械的な振動エネルギーを機械的刺激印加手段60によって与えている。
【００５９】
この様な伝送線路を導波手段50として用いることで、極微小領域にテラヘルツ波を伝搬することが可能となる。そのため、より空間的に調整分解能が高い調整装置を提供することが可能となる。
【００６０】
（実施例6）
本実施例では、本発明の物質調整装置の別の適用例を示す。具体的には、本発明の装置を結晶状態の調整に適用した例を示す。尚、これまで述べた説明と共通する部分についての記述は省略する。
【００６１】
本実施例においては、図3に模式的に示す様な装置を用い、錠剤中の結晶状態（セルロース微結晶を含む錠剤中の結晶状態など）を調整する。図3において、130は物質であり、本実施例では結晶を含む錠剤（セルロース微結晶を含む錠剤など）である。30は、錠剤130を保持するステージである。尚、錠剤はこの成分に限るものではない。
【００６２】
140は、前記テラヘルツ波発生手段40で発生するテラヘルツ波を錠剤130の局所領域に照射するための導波手段である。160は、導波手段140を機械的に振動（振動方向：ステージの法線方向に対して平行）させるための機械的刺激印加手段である。本実施例では、ピストン運動を導波手段140の往復運動に変換できる公知の機構を用いる。
【００６３】
データベース部80は、少なくとも、結晶（セルロース微結晶など）がランダムに集合している場合と配向性が大きい場合の物性データを保管している。もし比較手段90からの出力信号が、結晶の集合状態が所望の状態にあることを示すものであったならば、制御手段100は機械的刺激の印加とテラヘルツ波照射の停止信号を出す。このような構成によって、セルロースの結晶状態の変化を監視し、調整を行う。
【００６４】
本実施例では、導波手段140は、例えば、金属性の円盤（直径：10cm）で、複数個の微細な孔150（直径：2mm）が設けられていて、物質130（結晶集合体を含む）に向かって孔150を介してテラヘルツ波（1.5mW/cm2）を照射する。物質130に対するテラヘルツ波の照射中、機械的刺激印加手段160により導波手段140を振動させ、物質130を押す力を周期的（0.5Hz）に変化させる。
【００６５】
この様な構成によると、テラヘルツ波によって結晶格子のエネルギー状態が励起され、機械的なエネルギーによる結晶状態の調整が、より簡易に行えることが期待される。尚、本実施例においても、本発明の思想を逸脱しない範囲であれば、他の物質を除くものではない。例えば、結晶の配向を調整する目的であれば他の物質の調整にも適用可能である。
【００６６】
（実施例7）
本実施例では、実施例6に関する変形例を示す。尚、これまで述べた説明と共通する部分についての記述は省略する。
【００６７】
実施例6では、錠剤中の結晶の配向の調整を行っているが、本実施例では、結晶多形の制御を行う。具体的には、テラヘルツ波の吸収スペクトルの形状の変化によって、結晶多形の状態をモニタし、テラヘルツ波のエネルギーと機械的な振動エネルギーによって調整を行うものである。尚、本実施例においても、本発明の思想を逸脱しない範囲であれば、他の物質を除くものではない。例えば、結晶多形の状態を調整する目的であれば他の物質の調整にも適用可能である。
【００６８】
（実施例8）
本実施例では、実施例6及び7の変形例を示す。尚、これまで述べた説明と共通する部分についての記述は省略する。
【００６９】
図11の様に、本実施例では、搬送部1101によって搬送される複数の物質130を対象としている。具体的には、少なくともテラヘルツ波が照射されている領域1102の物質130に対し、搬送部1101を機械的刺激印加手段60によって振動させることで、振動エネルギーを印加する。そして、この領域のテラヘルツ波の応答より、物質130の物性ないし状態を求め、所望の状態に調整する。ここで、領域1102へのテラヘルツ波の照射は、例えば、図7に示す導波手段で行うことができる。ここでは、導波手段は、テラヘルツ波の伝搬状態を制限し、物質を含む限定された領域1102に対し、テラヘルツ波を照射する機能を有する。
【００７０】
この様な構成によって、複数の物質に対し、一括して結晶状態を調整することが可能となる。尚、本実施例においても、本発明の思想を逸脱しない範囲であれば、他の物質を除くものではない。例えば、結晶状態を一括して調整する目的であれば他の物質の調整にも適用可能である。
【００７１】
（その他の実施例）
これまでの実施例で述べた物質調整装置及び方法は、技術的に両立できない場合を除いて、適宜組み合わせることが可能である。例えば、図6の例の導波手段の一部又は全部を図7の例の導波手段で置換したり、図10の例の機械的刺激印加手段60に加えて図8の例の機械的刺激印加手段60を設けたり或いは前者を後者で置換したりする、等の組み合わせが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の物質調整装置及び方法の実施例1等を模式的に示す図である。
【図２】図1に示す実施例の変形例を模式的に示す図である。
【図３】本発明の物質調整装置及び方法の実施例6等を模式的に示す図である。
【図４】図1に示す実施例の変形例を模式的に示す図である。
【図５】本発明の振動エネルギーの印加方法に関する一実施態様を示す図。
【図６】本発明の物質調整装置及び方法の実施例2を模式的に示す図。
【図７】本発明の物質調整装置及び方法の実施例3を模式的に示す図。
【図８】本発明の振動エネルギーの印加方法に関する一実施態様を示す図。
【図９】本発明の振動エネルギーの印加方法に関する一実施態様を示す図。
【図１０】本発明の物質調整装置及び方法の実施例5を説明する図。
【図１１】本発明の物質調整装置及び方法の実施例8を説明する図。
【符号の説明】
【００７３】
10、120、130：物質（細胞）
30：ステージ
40：テラヘルツ波発生手段
50、140：導波手段
60、160：機械的刺激印加手段
70：テラヘルツ波検出手段
80：データベース部
90：比較手段
100：制御手段
110：共培養細胞
501：緩衝機構
601：変調手段
602：復調手段
1101：搬送部
1102  照射領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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